FR2595390A1

FR2595390A1 - Process for manufacturing panels based on mineral fibres, and panels thus obtained

Info

Publication number: FR2595390A1
Application number: FR8603083A
Authority: FR
Inventors: Reinhard E Kalbskopf
Original assignee: FIBRACONSULT MANAGEMENT BERATU
Current assignee: FIBRACONSULT MANAGEMENT BERATU
Priority date: 1986-03-05
Filing date: 1986-03-05
Publication date: 1987-09-11
Also published as: FR2595390B1

Abstract

In the process for manufacturing panels, the starting material is an aqueous pulp, containing mineral fibres, powdery mineral fillers and a thermoplastic binder, which is passed over an elongated sieve subjected to a partial vacuum in order to eliminate a fraction of the water, and the wet cake thus obtained is then pressed and dried. The quantity of solid material of the pulp is adjusted so that the latter is exactly sufficient to obtain a wet cake of a thickness equal to about three times that of the panel to be obtained, and the composition of the mineral fibres is adjusted so that their contents by weight of SiO2 and CaO essentially correspond to the following: SiO2 </= 43% CaO >/= 36% 1 < SiO2/CaO < 1.2 Used in particular to manufacture soundproofing panels having a low specific mass.

Description

La présente invention concerne un procédé pour la fabrication de plaques à base de fibres minérales, notamment pour l'isolation acoustique. The present invention relates to a process for the manufacture of plates based on mineral fibers, in particular for sound insulation.

L'invention vise également les plaques à base de fibres minérales obtenues selon le procédé précité
De telles plaques peuvent être utilisées notamment comme faux-plafonds dans les locaux d'habitation, de travail ou d'exposition. Ces plaques peuvent comporter une couche superficielle de finition ou présenter un décor.The invention also relates to plates based on mineral fibers obtained according to the aforementioned process.
Such plates can be used in particular as false ceilings in living, work or exhibition rooms. These plates can include a surface finishing layer or present a decoration.

Les plaques à usage d'isolation thermique sont préparées de façon connue à partir d'une pulpe aqueuse renfermant 2 à 5% en poids d'un mélange de constituants solides dont la composition pondérale est généralement la suivante
Fibres minérales (laine de roche
et/ou de laitier) : 40 a BOX
- Charges minérales pulvérulentes (argile etfou
perlite et/ou carbonate de calcium) : 10 à 40X
Liant thermoplastique (amidon et/ou copolymère vinylique) : S à 15%. The plates for thermal insulation use are prepared in a known manner from an aqueous pulp containing 2 to 5% by weight of a mixture of solid constituents, the weight composition of which is generally as follows
Mineral fibers (rock wool
and / or slag): 40 a BOX
- Powdered mineral fillers (clay and mud
perlite and / or calcium carbonate): 10 to 40X
Thermoplastic binder (starch and / or vinyl copolymer): S at 15%.

Cette pulpe aqueuse est étalée sur un tamis allongé soumis à une dépression (table de Fourdrinier) pour former un gateau humide partiellement déshumidifié
Ce gâteau humide est ensuite pressé mécaniquement pour obtenir une plaque dont l'épaisseur est environ trois fois inférieure a celle du gâteau humide. Cette plaque renferme encore environ 50% en poids d'eau. La plaque ainsi comprimée est ensuite séchée dans une étuve.This aqueous pulp is spread over an elongated sieve subjected to a vacuum (Fourdrinier table) to form a partially dehumidified wet cake.
This wet cake is then mechanically pressed to obtain a plate whose thickness is approximately three times less than that of the wet cake. This plate still contains about 50% by weight of water. The plate thus compressed is then dried in an oven.

Selon le procédé connu, on obtient des plaques poreuses présentant une masse spécifique comprise entre 300 et 400 kg/m3. Les plaques ainsi fabriquées présentent une épaisseur qui est souvent comprise entre 13 et 20 mm et ont ainsi un poids compris entre 4 et 8 kg/m2, ce qui est considéré comme trop lourd pour les manipulations de ces plaques, notamment pour leur fixation au plafond des locaux. According to the known process, porous plates are obtained having a specific mass of between 300 and 400 kg / m 3. The plates thus manufactured have a thickness which is often between 13 and 20 mm and thus have a weight of between 4 and 8 kg / m2, which is considered too heavy for the handling of these plates, in particular for their fixing to the ceiling. Locals.

Par ailleurs, il est souhaitable, pour des raisons économiques, de fabriquer des plaques ayant une masse spécifique plus faible, car il est possible ainsi d'une part d'économiser de la matière première chère telle que les fibres minérales et d'autre part d'économiser de l'énergie lors du séchage des plaques, car quelle que soit la masse spécifique des plaques, l'humidité résiduelle avant séchage du gâteau humide est toujours d'environ 50% en poids. Furthermore, it is desirable, for economic reasons, to manufacture plates having a lower specific mass, since it is thus possible on the one hand to save expensive raw material such as mineral fibers and on the other hand to save energy when drying the plates, because regardless of the specific mass of the plates, the residual moisture before drying the wet cake is always about 50% by weight.

Il est connu que l'épaisseur du gateau humide, après son passage entre les rouleaux presseurs dépend d'une part de la quantité de matière solide, en particulier de fibres minérales par unité de surface du tamis et d'autre part également des propriétés des fibres minérales, telles que leur diamètre et leur teneur en matière non fibreuse. It is known that the thickness of the wet cake, after it has passed between the pressure rollers, depends on the one hand on the quantity of solid material, in particular of mineral fibers per unit area of the sieve and on the other hand also on the properties of the sieve. mineral fibers, such as their diameter and content of non-fibrous material.

Si le gateau humide est directement séché, on obtient une masse tâche de densité égale à environ fOO kg/m. If the wet cake is dried directly, a task mass of density equal to approximately 100 kg / m is obtained.

Une telle masse est très friable et molle, de sorte quelle n'est pas utilisable directement comme plaque acoustique présentant un décor.Such a mass is very friable and soft, so that it cannot be used directly as an acoustic plate presenting a decoration.

Par ailleurs, le pressage mécanique du gâteau humide augmente la densité de la plaque selon un facteur égal a environ 3, ce qui se traduit par une augmentation de poids non souhaitée. On the other hand, the mechanical pressing of the wet cake increases the density of the plate by a factor equal to about 3, which results in an unwanted increase in weight.

Paur obtenir une réduction de la masse spécifique des plaques sèches, on a cherché à réaliser sur le tamis filtrant un gâteau humide renfermant le moins possible de matière solide par unité de surface et présentant ainsi une épaisseur plus faible après élimination partielle de l'eau. On a constaté toutefois que les plaques ainsi obtenues après pressage entre les rouleaux présentaient une surface très irrégulière et ondulée les rendant ainsi inutilisables. To obtain a reduction in the specific mass of the dry plates, attempts have been made to produce on the filter screen a wet cake containing as little solid material as possible per unit area and thus having a lower thickness after partial removal of the water. However, it was found that the plates thus obtained after pressing between the rollers had a very irregular and wavy surface, thus rendering them unusable.

Par ailleurs, on a constaté que la dureté superficielle de telles plaques était insuffisante pour le traitement ultérieur de finition et de réalisation d'un décor superficiel. Furthermore, it was found that the surface hardness of such plates was insufficient for the subsequent finishing treatment and production of a surface decoration.

Le but de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication de plaques a base de fibres minérales, notamment pour l'isolation acoustique, qui permet de réduire la masse spécifique de ces plaques, sans diminuer leurs propriétés mécanique et acoustique. The aim of the present invention is to provide a process for manufacturing plates based on mineral fibers, in particular for acoustic insulation, which makes it possible to reduce the specific mass of these plates, without reducing their mechanical and acoustic properties.

Dans le procédé visé par l'invention, comme dans le procédé connu, on part dune pulpe aqueuse renfermant 2 a SX en poids d'une matière solide dont la composition pondérale est sensiblement la suivante
Fibres minérales : 40 à 80%
Charges minérales pulvérulentes : 10 a 4OX
Liant thermoplastique : 5 à 15%
On fait passer cette pulpe sur un tamis allongé soumis à une dépression pour éliminer par aspiration une partie de l'eau, on presse le gateau humide obtenu, puis on sèche celui-ci.In the process targeted by the invention, as in the known process, the starting point is an aqueous pulp containing 2 to SX by weight of a solid material, the weight composition of which is substantially as follows
Mineral fibers: 40 to 80%
Powdered mineral charges: 10 to 4OX
Thermoplastic binder: 5 to 15%
This pulp is passed through an elongated sieve subjected to a vacuum in order to remove part of the water by suction, the wet cake obtained is pressed, then the latter is dried.

Suivant l'invention, ce procédé est caractérisé en ce qu'on règle la quantité de matière solide de la pulpe, de façon que cette quantité soit tout juste suffisante pour obtenir un gateau humide, d'épaisseur égale à environ trois fois celle des plaques que l'on veut obtenir et on règle la composition des fibres minérales de façon que leurs teneurs pondérales en SiO2 et CaO répondent sensiblement aux suivantes
Si < 43%
CaO > 36-z. According to the invention, this process is characterized in that the quantity of solid matter of the pulp is regulated, so that this quantity is just sufficient to obtain a wet cake, of thickness equal to approximately three times that of the plates. that is to be obtained and the composition of the mineral fibers is adjusted so that their weight contents of SiO2 and CaO substantially meet the following
If <43%
CaO> 36-z.

t ( SiO=/CaO < 1,2
La demanderesse a constaté de façon surprenante qu'en respectant les conditions précitées, il était possible de réduire la masse spécifique des plaques, sans diminuer leurs propriétés mécanique et acoustique.t (SiO = / CaO <1.2
The Applicant has surprisingly found that by complying with the aforementioned conditions, it was possible to reduce the specific mass of the plates, without reducing their mechanical and acoustic properties.

Dans le procédé selon l'invention, il est important que le gâteau humide formé ait une épaisseur qui soit de l'ordre de trois fois celle de la plaque que l'on veut obtenir. Cette condition est la première qu'il faut respecter pour que les plaques présentent les propriétés mécaniques requises et en particulier l'aptitude à recevoir un décor superficiel. In the process according to the invention, it is important that the wet cake formed has a thickness which is of the order of three times that of the plate which is to be obtained. This condition is the first which must be respected so that the plates have the required mechanical properties and in particular the ability to receive a surface decoration.

La seconde condition qu'il faut remplir pour maintenir inchangées les propriétés mécaniques des plaques est de respecter les proportions spécifiées ci-dessus entre les fibres minérales, les charges minérales et le liant thermoplastique. The second condition that must be fulfilled in order to keep the mechanical properties of the plates unchanged is to respect the proportions specified above between the mineral fibers, the mineral fillers and the thermoplastic binder.

De mêmes il faut s'assurer que la teneur en matière non fibreuse des fibres minérales ainsi que le diamètre de celles-ci restent constantes. Likewise, it must be ensured that the content of non-fibrous material in the mineral fibers as well as the diameter thereof remain constant.

La hauteur du gâteau humide dépend des propriétés mécaniques des fibres minérales. La demanderesse a constaté que la hauteur de ce g:teau humide était proportionnelle au rapport de la teneur en SiOz sur celle en CaO des fibres, dans la zone de concentration en SiO2 comprise entre 35 et 45X en poids. Ce résultat s'explique par le fait, que les propriétés mécaniques des fibres minérales individuelles, en particulier leur module d'élasticité et leur résistance a la flexion augmentent lorsque la proportion en SiOz croit. The height of the wet cake depends on the mechanical properties of the mineral fibers. The Applicant has observed that the height of this wet g: t water was proportional to the ratio of the SiO 2 content to that of CaO in the fibers, in the SiO 2 concentration zone of between 35 and 45X by weight. This result is explained by the fact that the mechanical properties of the individual mineral fibers, in particular their modulus of elasticity and their flexural strength, increase when the proportion of SiOz increases.

Les fibres minérales riches en SiO2 prennent en présence de charges minérales et sous l'effet des forces capillaires, un plus grand volume d'eau et forment un gâteau humide plus épais que dans le cas de fibres moins résietantes. Mineral fibers rich in SiO2 take in the presence of mineral fillers and under the effect of capillary forces, a greater volume of water and form a thicker wet cake than in the case of less resistant fibers.

Toutefois, cet effet ne peut pas être utilisé pleinement car des fibres très résistantes et rigides ne permettent pas de calibrer l'épaisseur des plaques. En effet, lors du passage du gateau humide entre les rouleaux presseurs, ces fibres se déforment élastiquement puis se relachent dune manière incontrGlable. However, this effect cannot be fully utilized because very strong and rigid fibers do not allow the thickness of the plates to be calibrated. Indeed, during the passage of the wet cake between the pressing rollers, these fibers deform elastically and then relax in an uncontrollable manner.

Les plaques ainsi obtenues présentent certes une masse spécifique réduite, mais leurs propriétés mécaniques, en particulier leur dureté est diminuée. The plates thus obtained certainly have a reduced specific mass, but their mechanical properties, in particular their hardness, are reduced.

Une autre exigence importante pour les fibres minérales est par conséquent que les fibres soient suffisamment résistantes pour pouvoir obtenir le volume désiré du gateau humide, mais pas trop résistantes, pour éviter lors de la réduction mécanique de l'épaisseur du gâteau selon un facteur 3 (au moyen des rouleaux presseurs), qu'une partie des fibres casse. Another important requirement for mineral fibers is therefore that the fibers are strong enough to be able to obtain the desired volume of the wet cake, but not too strong, to avoid when mechanically reducing the thickness of the cake by a factor of 3 ( by means of the pressure rollers), that a part of the fibers breaks.

ce sujet, il s'est avéré que l'affinité des fibres minérales à l'égard de l'eau avait une importance particulière. Cette affinité doit en effet être forte, de façon que les microfissures des fibres minérales constituent des points d'accrochage pour des molécules d'eau ou les groupes hydroxyles et que ces microfissures constituent des zones de rupture obligatoire a la surface des fibres.Cette réaction est d'autant plus prononcée que la teneur en CaO des fibres est plus élevée. C'est ainsi que la demanderesse a établit que les teneurs pondérales en SiOz et CaO des fibres doivent répondre aux conditions suivantes :
SiO2 # 43%
CaO > 36%
i < SiOz/CaO < 1,2
Les meilleurs résultats sont obtenus lorsque
1,05 < SiO2 CaO < 1,15
Lorsqu'on respecte les conditions précitées pour les fibres minérales, on peut obtenir une plaque dont la masse spécifique est réduite de 20 a 40%.On this subject, it turned out that the affinity of mineral fibers with regard to water was of particular importance. This affinity must in fact be strong, so that the microcracks in mineral fibers constitute attachment points for water molecules or hydroxyl groups and that these microcracks constitute obligatory rupture zones on the surface of the fibers. is all the more pronounced the higher the CaO content of the fibers. Thus, the applicant has established that the weight contents of SiOz and CaO in the fibers must meet the following conditions:
SiO2 # 43%
CaO> 36%
i <SiOz / CaO <1.2
The best results are obtained when
1.05 <SiO2 CaO <1.15
When the aforementioned conditions for mineral fibers are observed, it is possible to obtain a plate whose specific mass is reduced by 20 to 40%.

La masse spécifique des plaques fabriquées selon le procédé conforme à l'invention est comprise entre 250 et 300 kg/m3 au lieu de 300 a 400 kg/m3 dans le cas du procédé classique dans lequel les conditions précitées ne sont pas respectées. The specific mass of the plates manufactured according to the process according to the invention is between 250 and 300 kg / m3 instead of 300 to 400 kg / m3 in the case of the conventional process in which the aforementioned conditions are not respected.

Ainsi, le poids d'une plaque de 16 mm d'épaisseur est égal à 3 kg/m2 au lieu de 5,5 kg/m2. Thus, the weight of a 16 mm thick plate is equal to 3 kg / m2 instead of 5.5 kg / m2.

On donne ci-après un exemple de mise en oeuvre du procédé selon 17 invention. An example of the implementation of the method according to the invention is given below.

On porte à fusion dans un four chauffé avec du coke, un mélange de laitier de haut fourneau, de lave basaltique, de dolomite, de grains de quartz et de fondant. Le mélange est déterminé de façon que la masse vitreuse obtenue présente la composition suivante :
SiO2 : 42,5% en poids
Al2O3 : 11,7% en poids
CaO : 38,1'X en poids
HgO : 4,3% en poids
Autres oxydes : 3,4% en poids
Le rapport SiEz/CaO est égal à 1,12.A mixture of blast furnace slag, basaltic lava, dolomite, grains of quartz and flux is brought to fusion in a furnace heated with coke. The mixture is determined so that the glassy mass obtained has the following composition:
SiO2: 42.5% by weight
Al2O3: 11.7% by weight
CaO: 38.1'X by weight
HgO: 4.3% by weight
Other oxides: 3.4% by weight
The SiEz / CaO ratio is equal to 1.12.

La masse vitreuse en fusion est ensuite filée en laine au moyen de disques tournant a grande vitesse. Cette laine minérale est ajoutée à la pulpe présentant une teneur en matière solide de 2% et dont la composition pondérale est la suivante :
Laine minérale (teneur en fibres 60X) : 59,8%
Argile : 11,3%
Fibres de cellulose : 3,0%
Poussière de meulage et déchets de plaques : 19,0%
Amidon brut : 6,8%
Agent de flocculation et autres ingrédients : qsp 100%
La pulpe est traitée comme décrit précédemment sur un tamis allongé (table de Fourdrinier). L'opération est réglée de façon à obtenir un gateau humide ayant avant pressage mécanique une épaisseur comprise entre 4,5 et 5 cm.The molten glassy mass is then spun into wool by means of discs rotating at high speed. This mineral wool is added to the pulp having a solid matter content of 2% and the weight composition of which is as follows:
Mineral wool (60X fiber content): 59.8%
Clay: 11.3%
Cellulose fibers: 3.0%
Grinding dust and plate waste: 19.0%
Raw starch: 6.8%
Flocculating agent and other ingredients: qsp 100%
The pulp is treated as described above on an elongated sieve (Fourdrinier table). The operation is adjusted so as to obtain a wet cake having, before mechanical pressing, a thickness of between 4.5 and 5 cm.

Après passage entre les rouleaux de calibrage, on obtient un feutre de 16 mm d'épaisseur ayant un taux d'humidité résiduelle de 50X en poids. After passing between the calibration rollers, a felt 16 mm thick is obtained with a residual moisture content of 50 × by weight.

La bande encore humide en feutre de laine minérale est découpée en plaques, puis ces dernières sont séchées dans une étuve. Les plaques sèches ainsi obtenues ont une masse spécifique égale à 270 kg/m3. The still wet strip of mineral wool felt is cut into plates, then the latter are dried in an oven. The dry plates thus obtained have a specific mass equal to 270 kg / m 3.

Dans le tableau ci-après, on a comparé les masses spécifiques de plaques qui ont été fabriquées dans des conditions identiques, à l'exception de l'utilisation d'une laine minérale de composition chimique variable.

In the table below, the specific masses of plates which were manufactured under identical conditions, with the exception of the use of a mineral wool of variable chemical composition, were compared.

Composition <SEP> chimique <SEP> de
<tb> <SEP> la <SEP> laine <SEP> minérale <SEP> Masse <SEP> spécifique
<tb> I <SEP> i <SEP> I
<tb> SiO2 <SEP> CaO <SEP> Rapport <SEP> des <SEP> plàques <SEP> (kg/m3)
<tb> <SEP> (% <SEP> en <SEP> poids) <SEP> (% <SEP> en <SEP> poids) <SEP> SiO2/CaO
<tb> <SEP> I <SEP> I <SEP> I
<tb> 37,1 <SEP> 39,5 <SEP> 0,94 <SEP> 380
<tb> 40,2 <SEP> I <SEP> 36,6 <SEP> l <SEP> 1,10 <SEP> 1 <SEP> 250
<tb> 42,5 <SEP> 38,1 <SEP> 1,12 <SEP> 270
<tb> 44,3 <SEP> 21,0 <SEP> 2,11 <SEP> 240 <SEP> - <SEP> 280 <SEP> *
<tb> La masse spécifique faible a été obtenue par expansion
élastique incontrôlée de la plaque lors de l'opération de
séchage.Chemical <SEP> composition of
<tb><SEP> the <SEP> mineral <SEP> wool <SEP> Specific <SEP> mass
<tb> I <SEP> i <SEP> I
<tb> SiO2 <SEP> CaO <SEP> Ratio <SEP> of <SEP> plates <SEP> (kg / m3)
<tb><SEP> (% <SEP> in <SEP> weight) <SEP> (% <SEP> in <SEP> weight) <SEP> SiO2 / CaO
<tb><SEP> I <SEP> I <SEP> I
<tb> 37.1 <SEP> 39.5 <SEP> 0.94 <SEP> 380
<tb> 40.2 <SEP> I <SEP> 36.6 <SEP> l <SEP> 1.10 <SEP> 1 <SEP> 250
<tb> 42.5 <SEP> 38.1 <SEP> 1.12 <SEP> 270
<tb> 44.3 <SEP> 21.0 <SEP> 2.11 <SEP> 240 <SEP> - <SEP> 280 <SEP> *
<tb> The low specific mass was obtained by expansion
uncontrolled elasticity of the plate during the operation of
drying.

Cette plaque n'est pas appropriée à une opération ultérieure
de finition, en particulier la mise en place d'un décor par
fissuration de la surface. This plate is not suitable for further operation
finishing, in particular the installation of a decor by
cracking of the surface.

Claims

1. Process for the manufacture of plates based on mineral fibers, in particular for sound insulation, from an aqueous pulp containing 2 to 5% by weight of a solid material, the weight composition of which is substantially as follows

Mineral fibers: 40 to 80%

Mineral charges

powdery: 10 to 40X

Thermoplastic binder: 5 to 15%, in which this pulp is passed through an elongated sieve subjected to a vacuum to remove part of the water by suction, the wet cake obtained is pressed, then the latter is dried, characterized in that that the quantity of solid matter of the pulp is adjusted so that this quantity is just sufficient to obtain a wet cake of thickness equal to about three times that of the plates that one wishes to obtain and the composition of the fibers is adjusted mineral so that their weight contents of SiO2 and CaO correspond substantially to the following:

SiO2 # 43%

CaO # 36%

1 <SiO2 / CaO <1.2

2. Method according to claim 1 characterized in that the SiOz and CaO contents meet the following condition:

1.05 <SiO2 / CaO <1.15

Plate based on mineral fibers, in particular for sound insulation, obtained according to the process according to one of claims 1 or 2, characterized in that the specific mass is between 250 and 300 kg / m3.